Utilização de Dados Hiperespectrais do Sensor AVIRIS para Identificação da Feição

1. 3
Anais IX Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Santos, Brasil, 11-18 setembro 1998, INPE, p. 1283-1294.
Utilização de Dados Hiperespectrais do Sensor AVIRIS para Identificação da Feição
Espectral da Ligação Magnésio-Hidroxila em Lateritos Niquelíferos
OSMAR ABÍLIO DE CARVALHO JR.1
GUSTAVO MACEDO DE MELLO BAPTISTA1
JOSÉ DA SILVA MADEIRA NETTO2
ÉDER DE SOUZA MARTINS1&2
ANA PAULA FERREIRA DE CARVALHO1
PAULO ROBERTO MENESES1
1
IG/UnB-Instituto de Geociências da Universidade de Brasília
Campus Universitário Darcy Ribeiro, Asa Norte, 70910-900, Brasília, DF, Brasil
gustavom@cdsid.com.br; lsrunb@guarany.unb.br
2
Embrapa/CPAC-Centro de Pesquisa Agropecuária dos Cerrados
Caixa Postal 08223, BR 020, km 18, Rodovia Brasília/Fortaleza, 73301-970, Planaltina, DF, Brasil
{madeira; eder}@cpac.embrapa.br
Abstract. Laterites containing nickel and occurring in the Votorantim mine in
Niquelândia, GO, were sampled for mineral composition and reflectance spectra
determinations in the laboratory. AVIRIS data of the sampled area, after atmospheric
correction and reduction of radiance to scaled surface reflectance, were also used, with
the objective of determining the spatial occurrences of this nickel bearing minerals.
Besides ferric oxides, the lateritic material were rich in pimelite a clay mineral of the
montmorilonite group presenting Mg-OH. In the reflectance spectra the Mg-OH bond is
clearly identified by a sharp feature centered at 2300 nm regardless of the iron oxides
occurrence. This feature could also be identified in the AVIRIS data. A simple arithmetic
operation with two bands of the Mg-OH feature was useful in the determination of the
occurrences of the pimelite rich laterites.
Keywords: Hyperspectral Remote Sensing, AVIRIS, Pimelite, Nickel deposit.
1 Introdução
O aprimoramento dos métodos prospectivos por intermédio de sensoriamento remoto óptico tem
sido importante devido à maior rapidez, operacionalidade e cobertura total de vastas áreas a
baixos custos. Nas últimas décadas, sua aplicabilidade para fins geológicos tem aumentado com
a evolução do ramo da ciência que estuda a espectrorradiometria de reflectância. Apesar dos
avanços obtidos nos estudos do comportamento espectral dos minerais, o sensor multiespectral
apresenta limitações no que diz respeito à identificação mineralógica mais acurada. Os sensores
hiperespectrais têm como objetivo preencher esta lacuna.
Até então, sucessos limitados foram obtidos com os sensores multiespectrais na identificação
1283

2. Anais IX Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Santos, Brasil, 11-18 setembro 1998, INPE, p. 1283-1294.
de assembléias minerais. A resolução espectral limitada desse tipo de sensor restringe a
identificação genérica de algumas espécies minerais (Vane & Goetz, 1993). Este fato conduziu
ao desenvolvimento da espectrometria de imageamento, na qual as imagens são coletadas em
bandas espectrais estreitas e contínuas, possibilitando a melhor caracterização do comportamento
espectral dos alvos. Apesar da motivação inicial para o desenvolvimento da espectrometria de
imageamento ter sido para a identificação mineral (Goetz et al. 1985), recentes experimentos
também têm sido feitos na botânica (Peterson et al., 1988, Wessman et. al., 1988), hidrologia
(Carder et al., 1993), oceanografia (Hamilton et al., 1993; Nolin & Dozier, 1993) e ecologia
(Gamon et al., 1993; Rock et al.,1988; Miller et al., 1990) com bons resultados.
Com os sensores hiperespectrais a estratégia das técnicas de análise de dados muda devido
ao grande volume de informação. A alta resolução espectral torna a informação de um dado pixel
próxima à obtida por meio de medições espectrorradiométricas realizadas em laboratório e/ou
campo (Abrams, 1986; Vane & Goetz, 1988; Kruse et al., 1990). Mesmo com a riqueza de
informações dos sensores hiperespectrais deve-se considerar que nas condições intertropicais a
extração das informações das litologias e corpos de minério torna-se, em alguns casos,
dificultada devido ao intenso processo intempérico das rochas e à eventual cobertura vegetal.
Desta maneira, pouco se sabe ainda sobre o potencial de uso de dados hiperespectrais em
atividades de mapeamento geológico e de prospecção mineral nessas áreas, o que compreende
um amplo campo de pesquisa.
Em função do exposto o presente trabalho tem por objetivo caracterizar as feições espectrais
advindas da ligação magnésio-hidroxila típica em lateritos niquelíferos, como subsídio para a
identificação de garnieritas, que apresentam importância econômica devido aos elevados teores
de níquel. Para tal adotaram-se os dados do sensor AVIRIS (Airborne Visible/InfraRed Imaging
Spectrometer, JPL/NASA) de 16 de agosto de 1995, obtidos sobre o município de Niquelândia,
Goiás (Fig. 1).
1284
FIG. 1

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Mina
N
0
1 km
Figura 1 - Área de estudo. Composição colorida R (1212,4 nm) G (924,2 nm) B (657,9 nm)
2 Composição mineralógica das Garnieritas encontradas no município de Niquelândia
Garnieritas são silicatos básicos de níquel e magnésio com coloração predominante verde.
Brindley et al. (1973) consideram as garnieritas como misturas de dois tipos distintos de
silicatos: serpentina e talco-saponita. Apresentam gênese associada a alterações meteóricas de
rochas peridotíticas.
Adotaram-se neste trabalho três amostras de garnierita, coletadas na área da mina do grupo
Votorantim, em Niquelândia, Goiás, sendo uma representativa do minério esverdeada (GM1) e
duas não mineralizadas de colorações verde (GE1) e verde esbranquiçada (GE2). Para a análise
mineralógica das amostras supracitadas, adotou-se o procedimento de difratometria de raios-X,
utilizando-se o método do pó, entre 2 e 70° 2θ, com passo de varredura de 0,5° 2θ, usando um
aparato de tubo de cobre e filtro de níquel, num difratômetro da marca Shimadzu, modelo XD 610.
A amostra mineralizada, GM1 é constituída predominantemente por pimelita - (Ni, Mg)3
Si4O10 (OH)2 5H2O - que é um silicato básico hidratado de níquel e magnésio do grupo da
montmorilonita. Como traço estão presentes o talco (silicato básico de magnésio - Mg3 Si4O10
(OH)2) e a tosudita (mineral interestratificado de clorita e esmectita). Para GE1, amostra não
mineralizada verde, verificou-se a mesma constituição mineralógica de amostra mineralizada
GM1, no entanto com menor conteúdo de níquel presente na esmectita. A amostra não
mineralizada verde esbranquiçada, GE2, apresenta em sua constituição mineralógica serpentina
como mineral predominante e quartzo, pimelita e talco, sendo este último de menor proporção. A
1285

4. Anais IX Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Santos, Brasil, 11-18 setembro 1998, INPE, p. 1283-1294.
presença de coloração verde esbranquiçada é devida ao teor elevado de serpentina encontrada
nesta amostra.
3 Reflectância bi-direcional das Garnieritas
Para a determinação dos espectros de reflectância bi-direcional das garnieritas utilizou-se um
espectrorradiômetro da marca GER (Geophysical & Environmental Research Corp.), modelo
MARK V. Este instrumento opera na faixa espectral de 300 a 2500 nm, com larguras de bandas
de 2 nm no intervalo de 300 a 1000 nm e de 4 nm, entre 1000 a 2500 nm.
Após a obtenção dos espectros para as três amostras de garnieritas descritas no item anterior,
realizou-se o cálculo da derivada segunda para determinar exatamente os pontos de inflexões das
feições espectrais, tanto ocasionadas por transições eletrônicas como por vibrações moleculares,
conforme a Figura 2. O algoritmo utilizado para o cálculo da derivada segunda foi proposto por
Savitzky e Golay (1964) e implementado em linguagem FORTRAN.
1286
FIG. 2

5. Anais IX Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Santos, Brasil, 11-18 setembro 1998, INPE, p. 1283-1294.
80
0.30
(a
Reflectância
Derivada Segunda
0.20
0.10
40
0.00
Derivada Segunda
Reflectância (%)
60
20
-0.10
0
-0.20
400
800
1200
1600
2000
2400
Comprimento de Onda (nm)
80
0.20
Reflectância
(b
Derivada Segunda
70
60
0.00
50
Derivada Segunda
Reflectância (%)
0.10
-0.10
40
30
-0.20
400
800
1200
1600
2000
2400
Comprimento de Onda (nm)
0.30
80
Reflectância
(c
Derivada Segunda
0.20
0.10
40
0.00
Derivada Segunda
Reflectância (%)
60
20
-0.10
0
-0.20
400
800
1200
1600
2000
2400
Comprimento de Onda (nm)
Figura 2 - Espectros de reflectância bi-direcional (azul) e derivada segunda dos espectros
(vermelho) identificando os pontos de inflexão, das amostras de garnierita GM1 (a), GE2 (b) e
GE1(c).
1287

6. Anais IX Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Santos, Brasil, 11-18 setembro 1998, INPE, p. 1283-1294.
Faye (1974) e Maquet et al. (1981) descrevem as feições espectrais decorrentes da presença
de níquel em garnieritas, na faixa do visível e infravermelho próximo, de acordo com as
seguintes transições eletrônicas do íon Ni2+: 3A2 -> 3T1 (P) em 390 nm; 3A2 -> 3T1 (F) em 660
nm; 3A2 -> 3T2 (F) em 1100 nm.
Na análise da derivada segunda dos espectros obtidos em laboratório, chegou-se à conclusão
que as garnieritas de Niquelândia analisadas, apresentam feições espectrais em 444, 613, 1116,
2295 nm, além das bandas de absorção ocasionadas pela presença de água na estrutura mineral a
1400 e 1900 nm. Convém ressaltar que a feição existente à 444 nm não pode ser adotada tendo
em vista que nesta faixa do espectro os radiômetros desta marca apresentam problemas de
calibração que geram feições côncavas do ultravioleta até 450 nm, no visível (Baptista et al.
1998a).
Um outro aspecto importante na análise dos espectros é a presença da banda de absorção
situada a 2295 nm, região do espectro na qual as feições são atribuídas ao movimento vibracional
da hidroxila, neste caso ligada ao magnésio. Hunt et al. (1971) apresentam esta feição quando
descrevem o comportamento espectral da brucita que é um hidróxido de magnésio.
4 Identificação da feição espectral da ligação Mg-OH
Conforme foi salientado, a presença da ligação Mg-OH presente nas garnieritas niquelíferas
(pimelita) ocorre em 2300 nm aproximadamente. A identificação de feições atribuídas ao níquel
na região do visível é possível nos espectros obtidos em laboratório, porém, nos dados
hiperespectrais essa informação não se encontra definida. A explicação para este fato pode ser
em função da incorporação de óxidos de ferro na superfície devido à movimentação de solo pela
atividade mineradora. Essa hipótese é bastante viável pois, como pode ser vista na Figura 3, a
mistura da garnierita e minério oxidado com presença de ferro, mesmo na proporção 1:1, o pico
de reflectância em 529 nm, que representa a cor verde do níquel é fortemente obliterado pelas
feições do Fe3+. Esses espectros foram obtidos por meio do módulo spectral math do ENVI®,
manipulando matematicamente os espectros dos dois materiais.
1288
FIG. 3

7. Anais IX Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Santos, Brasil, 11-18 setembro 1998, INPE, p. 1283-1294.
MISTURA DE MATERIAIS
1(0X):1(Ga)
R
E
F
L
E
C
T
Â
N
C
I
A
*
Óxido mineralizado
3(0X):1(Ga)
Garnierita mineralizada
500
*
1000
1500
2000
Comprimento de onda (nm)
Deslocamento vertical da curva de reflectância para melhor visualização
Figura 3 - Espectros resultantes de misturas de garnieritas e de minério oxidado em diferentes proporções apresentando a obliteração do pico de reflectância a 529 nm.
Devido à interferência ocasionada pelo Fe3+, a feição mais representativa para identificação das garnieritas niquelíferas passa a ser a relativa à ligação Mg-OH em 2300 nm aproximadamente. Convém ressaltar que essa banda de absorção ocorre tanto nos espectros obtidos
em laboratório como nos advindos dos dados do AVIRIS, conforme pode ser visualizado na
figura 4.
1289
FIG. 4

8. Anais IX Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Santos, Brasil, 11-18 setembro 1998, INPE, p. 1283-1294.
GARNIERITAS (espectros de laboratório)
R
E
F
L
E
C
T
Â
N
C
I
A
*
mineralizada
a)
mineralizada
mineralizada
não mineralizada
não mineralizada
não mineralizada
2150
2220
2250
2300
2350
2400
Comprimento de onda (nm)
2450
* Deslocamento vertical da
curva de reflectância para
melhor visualização
Espectros do AVIRIS
R
E
F
L
E
C
T
Â
N
C
I
A
*
amostra 6
b)
amostra 5
amostra 4
amostra 3
amostra 2
amostra 1
2.20
2.25
2.30
2.35
* Deslocamento vertical da
curva de reflectância para
melhor visualização
Comprimento de onda (µm)
µ
Figura 4 - Espectros obtidos em laboratório (a) e pelo AVIRIS (b) mostrando a feição espectral
da ligação Mg-OH nas garnieritas.
Devido à coerência entre os espectros obtidos em laboratório e nos dados do AVIRIS, essa feição
e sua intensidade de absorção foram utilizadas para a espacialização de prováveis locais de garnierita.
5
Identificação da ligação Mg-OH nos dados AVIRIS
A determinação espacial da feição magnésio - hidroxila, em 2300 nm, foi realizada por meio da
adoção de pontos de máxima e mínima reflectâncias, como propõem Madeira Netto et al. (1995),
conforme pode ser visualizado na Figura 5.
1290
FIG. 5

9. Anais IX Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Santos, Brasil, 11-18 setembro 1998, INPE, p. 1283-1294.
Madeira Netto et al. (1995) determinaram os conteúdos de caulinita e gibbsita em função das
intensidades de absorção das feições nos espectros desses minerais e propuseram um índice
proporcional a relação molecular sílica-alumina (Ki) de solos tropicais. Baptista et al. (1998b)
espacializaram este índice utilizando os dados do AVIRIS para o município de São João
D’Aliança, Goiás.
55
50
Reflectância (%)
R2300
Rmax
45
40
35
30
2000
2100
2200
2300
2400
Comprimento de Onda (nm)
Figura 5 - Espectro apresentando os pontos de mínima e máxima reflectâncias utilizados para a
determinação da intensidade da feição
Para determinação da intensidade da feição adotou-se um procedimento de subtração do
valor de reflectância no ponto de mínima pelo o valor no de máxima, conforme a expressão
I ( Mg − OH ) = R max − R 2300 .
Esse modelo foi aplicado nos dados do AVIRIS, buscando-se no resultado, os maiores
valores, ou seja, os pontos que realmente apresentam a ligação Mg-OH, indício da presença de
garnierita niquelífera. O resultado foi agrupado em duas classes: presença e ausência da feição,
baseando-se na análise dos resultados da modelagem com os espectros obtidos pelo sensor e com
dados de campo, conforme pode ser observado na figura 6.
1291
FIG. 6

10. Anais IX Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto, Santos, Brasil, 11-18 setembro 1998, INPE, p. 1283-1294.
Espacialização da Feição Espectral
Mg - OH
Presença da Feição
Ausência da Feição
Figura 6 - Espacialização da ligação Mg-OH
Na área da mina, onde apresenta-se a maior quantidade de pixels relativos à presença da feição é
justamente o local de presença significativa de garnieritas, conforme pode ser constatado in loco,
durante a realização da etapa de campo.
6 Conclusão
O presente trabalho mostrou a viabilidade da utilização de sensoriamento remoto hiperespectral para a
compreensão da disposição espacial dos componentes minerais. No entanto salienta-se que em regiões
tropicais observa-se uma forte influência de processos intempéricos que obliteram as feições dos
materiais, principalmente na faixa do visível pela presença de ferro.
A partir do conhecimento do espectro eletromagnético ótico pôde-se determinar a faixa do
infravermelho de ondas curtas como a de menor alteração das feições de interesse da garnierita
(pimelita). Adotou-se a feição relativa à ligação Mg-OH como melhor identificador possível do alvo e
por meio da determinação matemática de sua identidade pôde-se espacializar as áreas mais prováveis
de ocorrência do minério. A etapa de campo comprovou a eficiência do método desenvolvido.
Agradecimentos
Os autores agradecem ao Moacir Godoy Júnior e Cristina P. Bicho pelo apoio na etapa de préprocessamento dos dados hiperespectrais.
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1292

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